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Verfahren zur Herstellung eines stabilen, gasförmigen, unter Druck stehenden Azetylen-Ammoniak-Gemisches
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stabilen, gasförmigen, unter Druck stehenden Azetylen-Ammoniak-Gemisches.
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hige Verbindung und wird daher für zahlreiche chemische Synthesen als Ausgangsprodukt benutzt. Für eine grosse Anzahl dieser Reaktionen ist es jedoch von Vorteil, unter Druck und höheren Temperaturen zu arbeiten. Bei Drucken schon leicht oberhalb 1 Atmosphäre kann jedoch das reine Azetylen unter dem Einfluss eines elektrischen Funkens oder irgendeiner andern Zündursache Anlass zu einer explosiven Reaktion unter Zersetzung in seine Elemente geben. Durch diese Unbeständigkeit des Azetylens ist aber dessen Verwendung beschränkt.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, das gasförmige Azetylen durch Verdünnen mit normalerweise gasförmigen Produkten, insbesondere Wasserstoff, Stickstoff, Äthylen, Kohlenmonoxyd und Methan, oder mit Dämpfen organischer Verbindungen zu stabilisieren. So kann man Azetylen unter Druck z. B. nach einem Verfahren erhalten, bei welchem das Azetylen unter niedrigem Druck mit einer normalerweise flüssigen Verbindung, die eine hohe Dampfspannung besitzt und auf einer solchen Temperatur gehalten wird, dass sich das Azetylen mit Dämpfen dieser organischen Verbindung sättigt, in Kontakt gebracht und dasso erhaltene gasförmige Gemisch dann verdichtet wird (deutsche Patentschrift Nr. 750886, brit. Patentschrift Nr. 641436 bzw. USA-Patentschrift Nr. 2, 472. 084).
Diese Verfahren haben jedoch noch zahlreiche Nachteile ; insbesondere dann, wenn schliesslich reines Azetylen unter hohem Druck erhalten werden soll. Es ist hiebei nämlich erforderlich, dass das Azetylen mit grossen Mengen Verdünnungsmittel gemischt und dieses Gemisch dann auf den gewünschten Druck durch besondere Kompressoren gebracht wird, die für Drucke entwickelt sein müssen, die wesentlich über die normalen Anwendungsdrucke hinausgehen. Bei Verwendung mechanischer Kompressoren sind jedoch immer örtliche Überhitzungen möglich, und es besteht daher keine absolute Sicherheit. Auch ist, bedingt durch die Mitverwendung eines Verdünnungsmittels, der Aufwand an zusätzlicher Energie sehr gross.
Ferner ist zuweilen auch eine wichtige zusätzliche Einrichtung erforderlich, um das Stabilisierungsmittel wieder zu entfernen. Diese Verfahren sind daher unvorteilhaft, u. zw. sowohl vom technischen als auch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus.
Der Transport oder die Förderung von reinem Azetylen unter Druck über grosse Entfernungen ist auch schon der Zweck zahlreicher Versuche gewesen, doch sind hiefür bisher keine geeigneten Lösungen gefunden worden. So ist schon vorgeschlagen worden, das Azetylen in Bündeln aus sehr engen Rohren zu fördern, oder in gewöhnlichen, mitpüllkörporn nach Art von Raschig-Ringen gefüllten Rohren oder auch in Leitungen ohne Füllstoffe, wobei dann jedoch das Azetylen fein verteilte feste Teilchen in Suspension mit sich führt. Derartige Lösungen sind jedoch unwirtschaftlich, u. zw. vor allem durch die ihnen anhaftende Kompliziertheit.
Vom Standpunkt der ständigen Weiterentwicklung der Anwendungen des Azetylens würde daher ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren von besonderem Wert sein, nach welchem reines Azetylen unter Druck an irgendeiner beliebigen Verwendungsstelle unter Bedingungen absoluter Sicherheit erhalten werden kann.
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Dieses Resultat wird durch die vorliegende Erfindung erreicht. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines stabilen, gasförmigen, unter Druck stehenden Azetylen-Ammoniak-Gemisches besteht darin, dass gasförmiges Azetylen bei atmosphärischem Druck oder geringerem Überdruck in flüssigem, wasserfreiem Ammoniak gelöst wird, wonach die entstehende ammoniakalische Azetylenlösung verdichtet und unter Druck zwecks Verdampfung beider Komponenten erhitzt wird, wobei der Mindestwert des Gewichtsverhältnisses Ammoniak/Azetylen in dem erhaltenen Gemisch derart im Verhältnis zu seinem Druck eingestellt wird, dass er linear von 0 bis 4 ansteigt, wenn der Druck von 2 bis 50 ata erhöht wird.
Dieses Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass reines Azetylen unter Druck erhalten wird, indem an Stelle einer Gasphasen-Kompression durch einen Kompressor, die besondere Sicherheitsmassnahmenerfordert, eine Flüssigkeitsphasen-Kompressiondurch eine Pumpe angewendet wird, was zu einer wesentlichen Verringerung an mechanischer Energie und Einrichtungskosten führt und eine absolute Betriebssicherheit gegen Explosionsgefahren gewährleistet.
Aus der franz. Patentschrift Nr. 903. 691 ist es zwar schon bekannt, Azetylen durch Zugabe von Ammoniak zu stabilisieren. Bei diesem Verfahren werden jedoch gänzlich andere Massnahmen zur Herstellung des Gasgemisches angewendet ; die als Endprodukt angestrebte Mischung ist überdies flüssig. Erfindungsgemässwird dagegenmittels der oben beschriebenen Massnahmen ein Azetylen-Ammoniak-Gemisch (gasförmig) ganz bestimmter Zusammensetzung erhalten, das ohne Gefahr zur Verbrauchsstelle transportiert werden kann.
Die technische Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist besonders einfach und sehr ab- wandlungsfähig. wie es aus der nachstehenden Beschreibung seiner verschiedenen wesentlichen Verfahrensstufen hervorgeht.
Die ammoniakalische Azetylenlösung wird hergestellt, indem das reine Azetylen bei atmosphärischem Druck am Fusse einer Lösekolonne vom Typ einer mit Böden ausgestatteten Säule eingeleitet wird, während an deren Kopf das kalte, wasserfreie flüssige Ammoniak zugeführt wird. Im Verlauf seiner Aufwärtsbewegung löst sich dann das Azetylen auf den verschiedenen Böden unter Durchperlen in dem Ammoniak.
Die Lösungswärme und die Verringerung der Partialspannung des Ammoniaks bewirken die Verdampfung eines Teiles dieses Ammoniaks, und die aus dieser Verdampfung stammende Kälte wird dazu benutzt, die thermischen Betriebsbedingungen der Kolonne zu steuern. Bei atmosphärischem Druck stellt sich die mittlere Temperatur dieser Kolonne auf ungefähr -300C ein. Unter diesen Bedingungen löst 1 Volumen Ammoniak theoretisch 125 Volumina Azetylen. Die anteilmässigen Mengen an Azetylen und Ammoniak werden so eingestellt, dass das gesamte eingeführte Azetylen in dem Ammoniak gelöst wird, so dass die am Kopf der Kolonne austretende. gasförmige Phase nur aus Ammoniakdämpfen besteht.
Im praktischen Betrieb werden 5,5 kg wasserfreies flüssiges Ammoniak je kg eingeführtes Azetylen benutzt, so dass am Fusse dieser Lösekolonne eine ammoniakalische Lösung erhalten wird, die etwa 15 Gew. -0/0 Azetylen enthält.
Falls eine an Azetylen konzentriertere ammoniakalische Lösung erhalten werden soll, wird die Temperatur der Lösekolonne, beispielsweise durch äussere Kühlung, erniedrigt, wodurch das Lösevermögen des flüssigen Ammoniaks für das Azetylen in Abhängigkeit von dieser Temperaturerniedrigung erhöht wird.
Die so erhaltene ammoniakalische Azetylenlösung wird durch eine Pumpe am Fusse der Lösekolonne abgezogen und unter Druck gesetzt, worauf sie durch einen Wärmeaustauscher geschickt wird, in dem sie ihre Wärme abgibt, und dann in eine mit Böden ausgestattete Entgasungs- oder Abstreiferkolonne eingeführt wird. Der Fuss dieser Entgasungskolonne ist mit einer Heizvorrichtung ausgestattet, die durch eine Flüssigkeit gespeist wird, deren Wärmepotential gering sein kann, wie beispielsweise mit zurückgewonnenem warmem Wasser. Unter Bezugnahme auf die Einführungsstelle der ammoniakalischen Azetylenlösung dient der obere Teil der Kolonne zur Konzentration des Azetylens in der ammoniakalischen Phase, während der untere Teil als Entziehungs- oder Abtreibekolonne wirkt.
Am Fusse der Entgasungskolonne wird reines Ammoniak erhalten, das, nachdem es durch den Wärmeaustauscher hindurchgegangen und in diesem abgekühlt worden ist (Rückgewinnung der Kälte der ammoniakalischen Azetylenlösung), entspannt und nach dem Kopf der Lösekolonne zurückgeschickt wird.
Am Kopf der Entgasungskolonne wird eine letzte Konzentrierung des Azetylens der gasförmigen Phase durch teilweise Kondensation von Ammoniak durchgeführt, wobei die kondensierte Ammoniakmenge von der Temperatur des im Kondensator benutzten Kühlwassers abhängig ist. Das kondensierte Ammoniak wird als Rücklauf in die Entgasungskolonne zurückgeschickt. Am Ausgang des Kondensators wird eine Gasphase erhalten, deren Konzentration mit bezug auf die Betriebssicherheit von dem Druck abhängig ist, bei welchem das reine Azetylen schliesslich verarbeitet werden soll.
Unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann Azetylen unter einem Druck erhalten werden, der selbst über 50 at hinausgehen kann, da die Stabilitätsgrenze lediglich von dem Gewichtsverhält-
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nis zwischen dem Ammoniak und dem Azetylen abhängig ist. Systematisch durchgeführte Versuche bei verschiedenen Drucken und Konzentrationen haben gezeigt, dass die folgenden Gemische bei den entsprechenden Drucken völlig beständig sind.
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<tb>
<tb>
Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Gewichtsverhältnis <SEP> StabilitätsGemisches <SEP> Ammoniak/Azetylen <SEP> grenze
<tb> (in <SEP> Gew.-%)
<tb> CH <SEP> : <SEP> NHg <SEP>
<tb> 100 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> etwa <SEP> 2 <SEP> ata <SEP>
<tb> 50 <SEP> 50 <SEP> 1 <SEP> 13 <SEP> ata <SEP>
<tb> 45 <SEP> 55 <SEP> 1, <SEP> 22 <SEP> 16 <SEP> ata
<tb> 40 <SEP> 60 <SEP> 1,5 <SEP> 20 <SEP> ata
<tb> 20 <SEP> 80 <SEP> 4 <SEP> 50 <SEP> ata
<tb>
So wird beispielsweise, wenn von einer ammoniakalischen Lösung mit 15 Gew.-% Azetylen ausgegangen wird, eine Entgasungskolonne mit 20 Böden benutzt, die an ihrem unteren Teil auf etwa 400C erhitzt und unter einem Druck von 16 ata gehalten wird. Am Kopf dieser Kolonne, an welchem die Temperatur
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niak erhalten.
Die Konzentration an Azetylen in dieser Gasphase kann dann durch Kondensation von Am- moniak erhöht werden. indem sie durch einen Kondensator geschickt wird, der mit Wasser von etwa 200C gespeist wird. Das kondensierte Ammoniak wird als Rückfluss nach dem Kopf der Entgasungskolonne zu- rückgeschickt. Am Ausgang des Kondensators wird. dann ein beständiges Gemisch aus 55 Gew. -0/0 Ammo- niak und 45 Gew. -10 Azetylen erhalten.
Das so durch die Ammoniakdämpfe stabilisierte Azetylen wird dann durch übliche Gasleitungen unter
Druck nach der Verwendungsstelle geschickt, wobei natürlich die Verwendung von Leitungen aus Legie- rungen zu vermeiden ist, die Metalle wie Kupfer oder Silber enthalten, die mit Azetylen explosive Aze- tylenverbindungen bilden.
Für die Mehrzahl der Reaktionen, bei denen das Azetylen als Ausgangsstoff angewendet wird, ist es vorzuziehen, zuvor das als Stabilisiermittel benutzte Ammoniak zu entfernen. Zu diesem Zweck wird das gasförmige Gemisch aus Azetylen und Ammoniak in einer Kolonne, die mit einer Kühlvorrichtung verse- hen ist, durch welche die Lösungswärme entfernt wird, entweder mit Wasser gewaschen, wodurch eine wässerige Ammoniaklösung erhalten wird, oder in einer thermisch stabilisierten Vorrichtung mit einem sauren Reaktionsmittel, wodurch das entsprechende Ammoniumsalz gebildet wird.
Das am Kopf der Lösekolonne austretende gasförmige Ammoniak enthält praktisch kein Azetylen, und es können verschiedene Verfahren für die Rückgewinnung dieses Ammoniaks angewendet werden. Nach einem besonders einfachen Verfahren wird dieses Ammoniak verdichtet, dann kondensiert und schliesslich zur Kühlung einem Wärmeaustausch mit der kalten Lösung unterworfen, die am Fusse der Lösekolonne ab- gezogen wird, ehe es nach dem Kopf dieser Kolonne wieder zurückgeschickt wird, in der es dann für das
Lösen einer neuen Menge Azetylen benutzt wird.
Falls das das Azetylen stabilisierende Ammoniak an der Verwendungsstelle durch Waschen mit Was- ser unter Rückführung des ammoniakalischen Wassers nach der Löse Vorrichtung entfernt wird, besteht ein anderes sehr wertvolles Verfahren darin, dass das verdampfte und am Kopf der Lösekolonne austretende
Ammoniak in Wasser gelöst wird. Die so erhaltenen beiden wässerigen ammoniakalischen Lösungen werden dann gemischt und unter Druck destilliert, wodurch das Ammoniak in flüssiger Form zurückgewonnen werden kann, das dann nach der Lösekolonne zurückgeschickt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend an Hand der Zeichnung, die schematisch eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung veranschaulicht, durch eine beispielsweise angegebene Aus- führungsförm näher beschrieben.
Die Kolonne 1 der Vorrichtung besteht, aus einer mit Böden ausgestatteten Säule, in die am Fusse durch die Leitung 2 das reine Azetylen und am Kopf durch die Leitung 3 das flüssige Ammoniak eingeführt wird.
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Während seiner Aufwärtsbewegung löst sich das Azetylen auf den verschiedenen Böden unter Durchperlen in dem Ammoniak. Das in diese Kolonne eingeführte und, wie nachstehend beschrieben, durch Wärmeaustausch abgekühlte Ammoniak besitzt eine Temperatur von -600C. Anderseits erfolgt eine Verdampfung eines Teiles dieses Ammoniaks im Verlauf des Lösens des Azetylens, so dass die Temperatur der Kolonne auf-70 C abfällt. Beim Anlaufen des Verfahrens beträgt sie etwa -300C.
Unter diesen Bedingungen wird leicht eine völlige Lösung des Azetylens in dem Ammoniak erreicht und die aus der Kolonne 1 durch die Leitung 4 austretende gasförmige Phase besteht lediglich aus Ammoniak. Am Fusse dieser Kolonne 1 wird eine ammoniakalische Azetylenlösung mit etwa 10 Gew. -0/0 Azetylen abgezogen, beispielsweise eine Lösung von -700C, die 700 kg/h Azetylen und 7700 kg/h Ammoniak enthält. Nach dem Verdichten auf 16 kg/cml im Flüssigkeitskompressor 5 und dem Kälteaustausch im Austauscher 6 wird die ammoniakalische Azetylenlösung mit einer Temperatur von 250C durch die Leitung 7 in den Abschneider 8 eingeleitet.
Die geringe Menge Azetylen, die aus der ammoniakalischen Lösung entweicht, verlässt den Abscheider 8 durch die Leitung 9 und wird in die Kolonne 10 eingeführt, während die Lösung selbst auch in diese Kolonne 10 eingeführt wird, aber an einer Stelle, die etwas oberhalb der Einfüluungsstelle des gasförmigen Azetylens liegt. Auf dieser zum Abtreiben des Azetylens aus dem Ammoniak benutzten Entgasungsoder Abtreibekolonne 10 ist ein Teil 11 angeordnet, der mit einer Kühlvorrichtung 12 ausgestattet ist.
Die Kolonne 10 ist mit Böden versehen und wird am Fusse durch Wasser von 500C erhitzt, das in einer Schlange 13 umläuft. Das gesamte Azetylen der Lösung und ein Teil des Ammoniaks werden hier in Gasform in Freiheit gesetzt. Die Menge des das Azetylen begleitenden Ammoniaks sowie der Druck dieser gasförmigen Phase werden durch Regulierung der Temperatur des Kondensators 12 eingestellt.
Wird die Temperatur dieses Kondensators auf 160C gehalten, so wird eine Gasphase von 13 at erhalten, die aus 670 kg/h Azetylen und 670 kg/h Ammoniak besteht und die durch die Leitung 14 unter Druck der Verwendungsstelle des Azetylens zugeführt wird.
Aus Sicherheitsgründen sind mit Rücksicht auf die allmähliche Anreicherung der gasförmigen Phase an Azetylen die oberen Böden der Kolonne 10 mit Raschig-Ringen belegt, während der Teil 11 aus einem Bündel von Rohren besteht, die im Inneren mit vertikalen metallischen Scheidewänden ausgestattet sind, die derart angeordnet sind, dass der Querschnitt eines Rohres die in Fig. 2 dargestellte Sternform besitzt.
Diese Anordnung hat den Zweck, dass ein hydraulischer Durchmesser von maximal 10 erhalten wird, wobei der hydraulische Durchmesser durch die Formel d = 4 S/P gegeben ist. in der S die Querschnittfläche des Rohres und P den Umfang der benetzten Oberflächen bedeuten. In diesem Falle erfolgt die Benetzung durch das kondensierte und nach dem Fuss der Kolonne 10 zurückfliessende Ammoniak.
Die Leitung 14 eines Innendurchmessers von 50 mm kann eine Länge von mehreren km besitzen. Sie ist in regelmässigen Abständen mit üblichen Explosionssicherungen ausgestattet. Am Fusse der Kolonne 10 wird durch die Leitung 15 flüssiges Ammoniak (7060 kg/h) abgezogen, das eine kleine Menge Azetylen (10 kg/h) gelöst enthält. Dieses Ammoniak wird durch den, Kompressor 16 auf einen Druck von 15 keg /cm gebrachtunddannindie Destillationskolonne 17 eingeleitet, deren unterer Teil auf einer Temperatur von 55 C gehalten wird. Am Kopf dieser Kolonne 17 ist ein Kondensator vorgesehen. Das vom Ammoniak begleitete und aus dieser Kolonne durch die Leitung 18 entweichende Azetylen wird mit Wasser gewaschen, um das Ammoniak zu entfernen und das so erhaltene reine Azetylen wird dann nach dem Fusse der Kolonne 1 zurückgeschickt.
Von den oberen Böden der Kolonne 17 wird durch die Leitung 19 Ammoniak abgezogen und dieses wird, nachdem es in dem Austauscher 20, der von Wasser einer Temperatur von etwa 250C durchlaufen wird, abgekühlt worden ist und von ihm im Austauscher 6 durch Wärmeaustausch mit der kalten Lösung von Azetylen in Ammoniak Kälte zurückgewonnen worden ist, wieder in der Kolonne l für das Lösen neuer Mengen Azetylen'benutzt.
Das durch das Ammoniak stabilisierte Azetylen wird durch die Leitung 14 der Verwendungsstelle des Azetylens zugeführt. Falls es gewünscht wird, dieses Azetylen in reinem Zustand zu erhalten, so wird das gasförmige Gemisch in die Kolonne 21 eingeleitet, in der es mit Wasser gewaschen wird, u. zw. mit etwa 3 mS/h Wasser für das in Frage stehende gasförmige Gemisch. Am Kopf dieser Kolonne 21 werden dann 665 kg/h oder 570 Nrn'i/h reines Azetylen abgezogen, das durch die Leitung 22 unmittelbar dem Reaktionsgefäss für die chemischen Synthesen zugeführt wird. Die wässerige Lösung, d. h. 3 rn. 3/h einer wässe- rigen Lösung mit 225 g Ammoniak je Liter, die am Fusse der Kolonne 21 abgezogen wird, wird zur Rückgewinnung dieses Ammoniaks destilliert.
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Process for the production of a stable, gaseous, pressurized acetylene-ammonia mixture
The present invention relates to a method for producing a stable, gaseous, pressurized acetylene-ammonia mixture.
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This compound is used as a starting product for numerous chemical syntheses. For a large number of these reactions, however, it is advantageous to work under pressure and at higher temperatures. At pressures slightly above 1 atmosphere, however, the pure acetylene, under the influence of an electrical spark or some other cause of ignition, can give rise to an explosive reaction with decomposition into its elements. However, this instability of acetylene limits its use.
It has already been proposed to stabilize the gaseous acetylene by diluting it with normally gaseous products, in particular hydrogen, nitrogen, ethylene, carbon monoxide and methane, or with vapors of organic compounds. So you can acetylene under pressure z. B. obtained by a process in which the acetylene is brought under low pressure with a normally liquid compound which has a high vapor tension and is kept at such a temperature that the acetylene is saturated with vapors of this organic compound, and the result is gaseous mixture is then compressed (German Patent No. 750886, British Patent No. 641436 and USA Patent No. 2, 472,084).
However, these methods still have numerous disadvantages; especially when pure acetylene is ultimately to be obtained under high pressure. It is necessary here that the acetylene is mixed with large amounts of diluent and this mixture is then brought to the desired pressure by means of special compressors which must be developed for pressures which go well beyond the normal application pressures. When using mechanical compressors, however, local overheating is always possible and therefore there is no absolute safety. Also, due to the use of a diluent, the expenditure of additional energy is very great.
Furthermore, an important additional device is sometimes required in order to remove the stabilizing agent again. These methods are therefore disadvantageous, u. between both the technical and the economic point of view.
The transport or the promotion of pure acetylene under pressure over great distances has also been the purpose of numerous attempts, but no suitable solutions have been found for this so far. It has already been proposed to convey the acetylene in bundles from very narrow pipes, or in ordinary pipes filled with mitpüllkkörorn in the manner of Raschig rings or in lines without fillers, but then the acetylene is then finely divided solid particles in suspension with it leads. However, such solutions are uneconomical, u. zw. Above all, due to the inherent complexity.
From the standpoint of the constant evolution of the uses of acetylene, a simple and economical process would therefore be of particular value by which pure acetylene can be obtained under pressure at any point of use under conditions of absolute safety.
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This result is achieved by the present invention. The inventive method for producing a stable, gaseous, pressurized acetylene-ammonia mixture consists in that gaseous acetylene is dissolved in liquid, anhydrous ammonia at atmospheric pressure or lower overpressure, after which the resulting ammoniacal acetylene solution is compressed and under pressure for the purpose of evaporation of both Components is heated, the minimum value of the weight ratio ammonia / acetylene in the mixture obtained is set in relation to its pressure in such a way that it increases linearly from 0 to 4 when the pressure is increased from 2 to 50 ata.
This method has the particular advantage that pure acetylene is obtained under pressure by using liquid phase compression by a pump instead of gas phase compression by a compressor, which requires special safety measures, which leads to a substantial reduction in mechanical energy and equipment costs and guarantees absolute operational safety against the risk of explosion.
From the French In US Pat. No. 903,691 it is already known to stabilize acetylene by adding ammonia. In this process, however, completely different measures are used to produce the gas mixture; the mixture sought as the end product is also liquid. According to the invention, on the other hand, by means of the measures described above, an acetylene-ammonia mixture (gaseous) of a very specific composition is obtained, which can be transported to the point of consumption without danger.
The technical implementation of the process according to the invention is particularly simple and very versatile. as can be seen from the following description of its various essential process stages.
The ammoniacal acetylene solution is prepared by introducing the pure acetylene at atmospheric pressure at the foot of a tray-type dissolving column while the cold anhydrous liquid ammonia is fed at the top. In the course of its upward movement, the acetylene then dissolves on the various floors with bubbles in the ammonia.
The heat of solution and the reduction in the partial tension of the ammonia cause some of this ammonia to evaporate, and the cold resulting from this evaporation is used to control the thermal operating conditions of the column. At atmospheric pressure, the mean temperature of this column is around -300C. Under these conditions, 1 volume of ammonia theoretically dissolves 125 volumes of acetylene. The proportionate amounts of acetylene and ammonia are adjusted so that all of the acetylene introduced is dissolved in the ammonia, so that that exiting at the top of the column. gaseous phase consists only of ammonia vapors.
In practical operation, 5.5 kg of anhydrous liquid ammonia are used per kg of acetylene introduced, so that an ammoniacal solution is obtained at the foot of this dissolving column which contains about 15% by weight of acetylene.
If an ammoniacal solution that is more concentrated in acetylene is to be obtained, the temperature of the dissolving column is lowered, for example by external cooling, as a result of which the dissolving power of the liquid ammonia for the acetylene is increased as a function of this temperature decrease.
The ammoniacal acetylene solution thus obtained is withdrawn by a pump at the foot of the dissolving column and pressurized, whereupon it is passed through a heat exchanger where it gives off its heat and then introduced into a degassing or stripping column equipped with trays. The foot of this degassing column is equipped with a heating device that is fed by a liquid whose heat potential can be low, such as, for example, recovered warm water. With reference to the point of introduction of the ammoniacal acetylene solution, the upper part of the column serves to concentrate the acetylene in the ammoniacal phase, while the lower part acts as an extraction or stripping column.
At the foot of the degassing column, pure ammonia is obtained which, after it has passed through the heat exchanger and cooled in this (recovery of the cold of the ammoniacal acetylene solution), is expanded and sent back to the top of the dissolving column.
At the top of the degassing column, a final concentration of the acetylene of the gaseous phase is carried out by partial condensation of ammonia, the amount of condensed ammonia being dependent on the temperature of the cooling water used in the condenser. The condensed ammonia is returned to the degassing column as reflux. A gas phase is obtained at the outlet of the condenser, the concentration of which, with regard to operational reliability, depends on the pressure at which the pure acetylene is ultimately to be processed.
Using the process according to the invention, acetylene can be obtained under a pressure which can even exceed 50 atm, since the stability limit depends only on the weight ratio.
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nis between the ammonia and the acetylene is dependent. Tests carried out systematically at different pressures and concentrations have shown that the following mixtures are completely stable at the corresponding pressures.
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<tb>
<tb>
Composition <SEP> of the <SEP> weight ratio <SEP> stability mixture <SEP> ammonia / acetylene <SEP> limit
<tb> (in <SEP>% by weight)
<tb> CH <SEP>: <SEP> NHg <SEP>
<tb> 100 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> about <SEP> 2 <SEP> ata <SEP>
<tb> 50 <SEP> 50 <SEP> 1 <SEP> 13 <SEP> ata <SEP>
<tb> 45 <SEP> 55 <SEP> 1, <SEP> 22 <SEP> 16 <SEP> ata
<tb> 40 <SEP> 60 <SEP> 1,5 <SEP> 20 <SEP> ata
<tb> 20 <SEP> 80 <SEP> 4 <SEP> 50 <SEP> ata
<tb>
For example, if an ammoniacal solution with 15% by weight of acetylene is assumed, a degassing column with 20 trays is used, the lower part of which is heated to about 40 ° C. and kept under a pressure of 16 ata. At the top of this column, at which the temperature
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niak received.
The concentration of acetylene in this gas phase can then be increased by condensation of ammonia. by passing it through a condenser fed with water at about 200C. The condensed ammonia is sent back as reflux to the top of the degassing column. At the output of the capacitor is. then a stable mixture of 55% by weight of ammonia and 45% by weight of acetylene is obtained.
The acetylene, stabilized in this way by the ammonia vapors, is then passed through conventional gas lines
Pressure sent to the point of use, whereby of course the use of lines made of alloys containing metals such as copper or silver, which form explosive acetylene compounds with acetylene, should be avoided.
For the majority of reactions in which acetylene is used as a starting material, it is preferable to first remove the ammonia used as a stabilizer. For this purpose, the gaseous mixture of acetylene and ammonia is either washed with water in a column which is provided with a cooling device through which the heat of solution is removed, whereby an aqueous ammonia solution is obtained, or in a thermally stabilized device an acidic reactant, whereby the corresponding ammonium salt is formed.
The gaseous ammonia exiting at the top of the dissolving column contains virtually no acetylene, and various methods can be used for the recovery of this ammonia. According to a particularly simple process, this ammonia is compressed, then condensed and finally subjected to a heat exchange with the cold solution for cooling, which is drawn off at the bottom of the dissolving column before it is sent back to the top of this column, in which it is then used for the
Dissolve a new amount of acetylene is used.
If the ammonia stabilizing the acetylene is removed at the point of use by washing with water with recycling of the ammoniacal water after the dissolving device, another very valuable method is that the evaporated and emerging at the top of the dissolving column
Ammonia is dissolved in water. The two aqueous ammoniacal solutions thus obtained are then mixed and distilled under pressure, whereby the ammonia can be recovered in liquid form, which is then sent back to the dissolving column.
The method according to the invention is described in more detail below with reference to the drawing, which schematically illustrates a device suitable for its implementation, by means of an exemplary embodiment.
The column 1 of the device consists of a column equipped with trays, into which the pure acetylene is introduced at the foot through the line 2 and the liquid ammonia at the top through the line 3.
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During its upward movement, the acetylene dissolves in the ammonia while bubbling through the various floors. The ammonia introduced into this column and, as described below, cooled by heat exchange has a temperature of -600C. On the other hand, some of this ammonia evaporates in the course of the dissolution of the acetylene, so that the temperature of the column drops to -70.degree. When starting the process, it is around -300C.
Under these conditions, a complete solution of the acetylene in the ammonia is easily achieved and the gaseous phase emerging from the column 1 through the line 4 consists only of ammonia. At the foot of this column 1, an ammoniacal acetylene solution with about 10% by weight of acetylene is drawn off, for example a solution of -700 ° C. which contains 700 kg / h of acetylene and 7700 kg / h of ammonia. After the compression to 16 kg / cml in the liquid compressor 5 and the cold exchange in the exchanger 6, the ammoniacal acetylene solution is introduced at a temperature of 250 ° C. through the line 7 into the separator 8.
The small amount of acetylene that escapes from the ammoniacal solution leaves the separator 8 through the line 9 and is introduced into the column 10, while the solution itself is also introduced into this column 10, but at a point slightly above the inlet point of the gaseous acetylene lies. A part 11 which is equipped with a cooling device 12 is arranged on this degassing or stripping column 10, which is used to drive off the acetylene from the ammonia.
The column 10 is provided with trays and is heated at the bottom by water at 50 ° C. which circulates in a coil 13. All of the acetylene in the solution and some of the ammonia are released here in gaseous form. The amount of ammonia accompanying the acetylene and the pressure of this gaseous phase are adjusted by regulating the temperature of the condenser 12.
If the temperature of this condenser is kept at 160 ° C., a gas phase of 13 atm is obtained which consists of 670 kg / h acetylene and 670 kg / h ammonia and which is fed through line 14 under pressure to the point of use of the acetylene.
For safety reasons, with consideration of the gradual enrichment of the gaseous phase in acetylene, the upper trays of the column 10 are covered with Raschig rings, while the part 11 consists of a bundle of tubes which are equipped with vertical metallic partitions inside, which are arranged in this way are that the cross section of a pipe has the star shape shown in FIG.
The purpose of this arrangement is that a hydraulic diameter of at most 10 is obtained, the hydraulic diameter being given by the formula d = 4 S / P. where S is the cross-sectional area of the tube and P is the circumference of the wetted surfaces. In this case, wetting takes place by the condensed ammonia flowing back at the foot of the column 10.
The line 14 with an inside diameter of 50 mm can have a length of several km. It is equipped with the usual explosion protection at regular intervals. At the foot of the column 10, liquid ammonia (7060 kg / h), which contains a small amount of acetylene (10 kg / h) in dissolved form, is drawn off through line 15. This ammonia is brought to a pressure of 15 keg / cm by the compressor 16 and then introduced into the distillation column 17, the lower part of which is kept at a temperature of 55 ° C. A condenser is provided at the top of this column 17. The acetylene accompanied by the ammonia and escaping from this column through line 18 is washed with water in order to remove the ammonia and the pure acetylene thus obtained is then sent back to the bottom of the column 1.
From the upper floors of the column 17 ammonia is withdrawn through the line 19 and this is after it has been cooled in the exchanger 20, which is passed through by water at a temperature of about 250C, and from it in the exchanger 6 by heat exchange with the cold Solution of acetylene in ammonia cold has been recovered, again used in column 1 for dissolving new amounts of acetylene.
The acetylene stabilized by the ammonia is fed through line 14 to the point of use of the acetylene. If it is desired to obtain this acetylene in the pure state, the gaseous mixture is introduced into the column 21, in which it is washed with water, u. between about 3 mS / h water for the gaseous mixture in question. At the top of this column 21, 665 kg / h or 570 mm / h of pure acetylene are then withdrawn, which is fed through line 22 directly to the reaction vessel for the chemical syntheses. The aqueous solution, i.e. H. 3 rn. 3 / h of an aqueous solution with 225 g of ammonia per liter, which is drawn off at the foot of the column 21, is distilled to recover this ammonia.